管道概述
數位化管道的概念
數位化的浪潮使得人們能夠方便地、快捷地和高效地獲取、存儲、處理和實現各種現實世界的信息。利用遙感衛星對地 面進行拍照，利用大容量存儲設備對海量數據進行存儲管理，利用高性能計算機對信息進行分析和處理，利用網路對數據進行傳遞和共享。數位化、信息化已經涉及到社會各個領域。“數位化”是一次新的技術革命，它將改變人們的生產和生活方式，進一步促進科學技術的發展，推動社會經濟的進步。
數位化管道名字由來
數字管道（或者數位化管道，）的概念是隨“數字地球（DE，Digital Earth）”而來的。數字地球的核心思想是用數位化手段整體性地解決地球問題並最大限度地利用信息資源。數字地球從數位化、數據構模、系統仿真、決策支持一直到虛擬現實，它是一個開放的複雜的巨系統，是一個全球綜合信息的數據系統工程。在“數字地球”概念的深刻影響下，數字城市、數字礦山、數字油田、數字水利、數字管道和數字社區等大批概念都相應提出並予以實施。
與數位化管道相比，數字管道的名稱更加專業。有人指出數字管道可以定義為：“數字管道是管道的虛擬表示，能夠匯集管道的自然和人文信息，人們可以對該虛擬體進行探查和互動。”具體的說，數字管道是套用遙感（RS）、數據收集系統（DCS） 或SCADA 系統、全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）、業務管理信息系統、計算機網路和多媒體技術、現代通信等高科技手段，對管道資源、環境、社會、經濟等各個複雜系統的數位化、數字整和、仿真等信息集成的套用系統，並在可視化的條件下提供決策支持和服務。
數字管道的功能和特點
既然數位化管道建設如此重要，那么數位化管道具體有什麼樣的優點呢？
1.數位化管道充分採用國家空間數據基礎設施數據，並通過航空攝影測量和衛星遙感影像獲得最新的地形、地質、水文、環境數據，與過去傳統數據獲取方式相比，內容更豐富，更新速度更快，數據描述更加完整，數據表達也更加直觀。遙感技術大大縮短了周期，降低了成本，提高了精度。
2.GIS系統提供了地理信息服務（Geo-information Service）。集成管線周圍一定範圍的地理、人口、環境、植被、經濟各類資源數據，利用GIS的空間分析功能進行疊加分析、緩衝區分析、最短路徑分析等操作，可以進行線路總體規劃和評估，為決策和管理提供重要的依據。還可以採用GIS技術對管道風險進行管理，指導系統編制維修計畫，並採取相應的補救措施，當風險指數達到警戒線時，自動啟動相應的應急預案，儘可能地降低管道事故發生率。
3.數位化管道採用CAD技術和網路技術，將管道施工設計圖紙、施工數據、人員資料、管理文檔等全部實現數位化管理，通過區域網路或網際網路傳送到資料庫中，將各個專業各個單位不同數據融為一個整體，有效的消除了“信息孤島”，實現了信息的共享和協同工作。
4.採用大型資料庫對數據進行存儲。空間數據中心可以管理、存儲在數字管道建設和運營中獲取的所有數據。在管道建設的每個環節，都建立相應的資料庫，並使得每個階段的數據成果和系統相互銜接。
5.SCADA系統實現了管道的全自動控制。通過主機和微處理器為基礎的遠程終端裝置RTU、PCL或其他輸入/輸出設備的通信收集數據，實現整個數字管道的監測監控，保證了系統的安全運作和最佳化控制。
6.數位化管道實現了整個管道的虛擬現實表達，使得數位化管道能夠在真實、可視的三維環境下展示到用戶面前，用戶通過互動方式對管道的公用信息進行查詢和操作，對管道的三維虛擬漫遊猶如在真實的三維世界中，充分體現了數字管道的空間特徵。
管道意義
在實踐團參觀過程中，我們知道對於石油天然氣工程領域來說，建立一套完整的數位化管道是具有十分重要的意義。
從發展上看，管道運輸在世界上已經有130多年的歷史。在歐洲和北美，數位化技術在長輸管道建設勘查選線、中期建設實施和後期運營管理中已經被廣泛套用了。相比之下，雖然我國是世界上最早利用管道運輸的國家，但是數位技術的套用和發展卻是比較緩慢。40多年，我國先後建立起威成線（1966）、兩佛線（1977）、北幹線（1987）、陝京一線（1997）和西氣東輸（2003）等一批管道。這些管道的建設都具有里程碑式的意義。但是數位化管道建設是從冀寧聯絡線工程（2004）才開始實施的。
隨著天然氣市場的逐步擴大，長輸天然氣管道的具有廣闊的市場前景，傳統的勘查設計和施工管理方法已經不能滿足管道建設和運營的需要。
例如SCADA系統在啟用之前，主要的設備控制（如閥門的開、關；輸油泵的啟停）都是手動控制，輸油工人通過巡視記錄主要參數（如溫度、壓力、流量等）。這種方式已經遠遠落後與信息化時代的要求。
在沒有進行遙感技術選線前，管道傳統堪察設計方式是野外作業手段和圖紙形式，周期長，成本高，效率低下，數據共享困難。採用遙感、GPS和GIS技術徹底的改變了傳統工作方式。
網路技術的套用徹底改變了傳統的管理模式，數據、報表、檔案的很多工作內容全部通過internet進行傳輸，大型伺服器管理和保存各種數據，實現了基於internet的數據共享和部門協作。
長輸管道是跨省市的複雜大系統，所涉及的地理信息、環境參數、運行參數、資源等都是龐大的，在沒有套用GIS對這些數據進行管理之前，很難做到科學的決策和管理。GIS將RS、GPS、DCS和PS等多個數據源統一集成，建立基礎地理信息資料庫，保持了數據的完整性和現勢性，在數字管道中發揮了核心功能。
類似的例子還很多。綜上所述，數位化管道建設將在確定最佳路線走向、資源最佳化配置、災害預測預警和運營風險管理中發揮極大的作用，數位化管道必將成為今後長輸天然氣管道建設的目標。數位化管道建設勢在必行。
首條管道工程
西氣東輸冀寧支線工程。
冀寧支線是西氣東輸工程的續建工程，是國內長輸管道建設的又一重點工程。它縱貫華北、華東的冀、魯、蘇三省，連通環渤海的陝京二線和長江三角洲的西氣東輸兩大天然氣幹線，有“現代能源京杭大運河”之稱。
冀寧支線既是陝京二線和西氣東輸管道的聯絡線，也是兩條管線的後備保障線，同時更是我國第一條數位化多功能管道。這條管道共設一乾九支，全長1498公里，沿線分別向南通、徐州、連雲港、臨沂、濟寧、濟南、武城、德州、衡水等地區供應天然氣。
作為西氣東輸的後備保障工程，冀寧支線不僅為西氣東輸幹線提供安全保障，實現西氣東輸幹線與陝京二線輸氣管道的互通互調，使長江三角洲和環渤海兩大區域管網實現氣源多元化、輸氣網路化、供氣穩定化和管理自動化，還能夠為蘇北和山東地區輸送清潔、優質、高效的綠色能源。
西氣東輸冀寧支線在設計之初就提出了“建設國內首條數位化管道”的構想。勘察設計期間利用衛星遙感與數字攝影測量技術進行選線，獲取了管線兩側各200米範圍內的沿線四維數據，並套用地理信息系統與全球定位系統，初步建立起了包括管道沿線地形、環境、人口、經濟等內容的管道信息管理系統。該系統在施工階段可提供多種服務，如管道建設者可以通過網際網路查看不同比例管道及其沿線周邊環境的直觀信息，也可查看某一天、某一道工序環節的進度，甚至每道焊口的焊工信息、無損檢測影像。冀寧線上的每根鋼管都有完整的數據記錄，從煉鋼廠爐坯出廠到鋼管廠制管，再到中轉運輸，最後到施工現場，每個環節都有可追溯性數據跟蹤，可以查出焊工檔案、X射線底片檔案、焊口的坐標值及埋深等基本信息。這些數據全部存儲在管道信息管理系統中，一旦出現問題，即可查出源頭。
管道信息管理系統是冀寧管道建設與管理的數位化平台。該系統具有八大功能，包括設備採購及儲運管理、施工進度管理、質量監控管理、總體調度管理、施工進度展示及空間數據管理、系統管理維護、信息發布以及數據輸出。其中，施工進度功能較傳統方式能夠提前8小時展示進度日報，完全避免了手工計算日報產生的誤差；空間數據管理功能通過採集站場、閥室、標誌樁等實物的三維坐標，將它們轉變成可視模擬圖形，隨時進行監控。
研究內容
在勘查設計階段
數字管道的主要任務是利用衛星遙感與數字攝影測量技術進行選線，獲取了管線兩側各200米範圍內的沿線四維數據，並套用gis與gps，初步建立起了包括管道沿線地形、環境、人口、經濟等內容的管道信息管理系統。數字管道的建設包括：
1. 遙感圖像處理系統：該系統能夠處理處理、分析並顯示衛星遙感多光譜數據、高光譜數據和雷達數據。通過對衛星遙感數據的解譯，獲取管線經過區域內可供線路方案比選使用的自然環境、地理、地質等現勢資料，在巨觀上為管道選線提供科學依據。
數字攝影測量處理系統：數字攝影測量的成果為管道選線工程設計提供了基礎資料。與衛星遙感相比，航測數據比例尺大，解析度高，細部表現明顯。在選線中起到了重要作用。 2. 數字管道可研系統：集成遙感圖像解譯數據和數字攝影測量的成果數據，以及人口數據、環境數據、經濟等地理信息，通過對各種數據的疊加和分析估算項目的經濟效益，對線路進行總體規劃。
3. 地質測量信息系統：為管線選線提供繪製的管道沿線地質、測量和水文等圖紙和屬性數據。
4. 管線設計cad系統：選線方案確定後，對管道以及配套設施（如分輸戰、閥門）等進行施工圖紙設計的系統。
5. 通信設計系統：scada系統的通信設施鋪設進行設計。
在工程建設階段
數字管道可提供多種網際網路信息服務，如管道建設者可以通過網際網路查看不同比例管道及其沿線周邊環境的直觀信息，也可查看某一天、某一道工序環節的進度，甚至每道焊口的焊工信息、無損檢測影像、焊工檔案、焊口的坐標值及埋深等基本信息。
數字管道建設包括：
l gps數據採集系統：採集全球定位系統採集施工過程中的管道大地坐標數據。
l 測量管理信息系統：對施工過程中的測量數據的採集、計算、圖形繪製和報表輸出。
l 勘查施工管理系統：對施工過程中的施工數據、永久性數據以及資料的採集、生成、審核、上報與管理。
在項目運營管理階段
數字管道的建設包括：
1. 生產運營管理系統：進行企業人力資源管理、業務分析，對客戶關係、市場行銷、生產調度等進行管理。
2. scada系統：實現對管道運行全自動控制和調度作業。
3. 設備更新維護系統：對故障設定進行記錄，並對資料庫中數據進行更新。
4. 管道風險管理信息系統：對管道安全進行實時監控、預測和報警，對管道安全風險和腐蝕進行評估。
5. 企業erp系統
數字管道建設的內容十分龐大，集成了很多前沿信息技術，存儲了海量數據和信息。冀寧聯絡線的數字管道技術包括了cad技術、大型資料庫技術、gis技術、空間數據採集和處理技術、虛擬現實技術、網路技術、項目管理技術和erp技術等，其中的很多技術都是在石油管道建設中首次採用。可以說冀寧聯絡線數字管道建設具有很大的挑戰性，可參考的資料比較少。可以看出數字管道具有相當廣闊的前景。
前景
截至2004年，我國建設的各類輸送介質的長輸管道長度已經達到數萬公里，尤其是近年來輸油、輸氣管道的大規模建設，使得長輸管道的建設和管理提升到較高的水平。傳統的勘察設計和施工管理方法已經不能滿足管道建設和運營管理的需要，數字管道更據迫切性和必要性。 數位化管道的概念將深遠的影響管道勘探設計、管道施工建設和管道運營管理的每一個環節，它徹底地改變了傳統工作模式。因此，冀寧聯絡線數字管道的建設具有里程碑式的意義，它是國內第一條“數位化管道”，它的順利實施將為今後數字管道建設提供參考和規範，可以編制出一套完整的管道管理新標準。數字管道實現了管理的數位化、信息化、實時化，不僅確保了安全、優質、高效的管道工程，而且確保科學、規範和及時的管道運營，大幅度的提高管道安全生產水平。
現狀
國外對於管道自動化的研究，從1931年開始到1951年初具規模，目前已有成熟的SCADA系統硬體及軟體，普遍採用了先進的自動化數據採集與控制技術，對生產工藝過程的實時監控已成為慣例，實現全線集中控制。如美國阿拉斯加原油管道在1974年4月開始動工，1977年6月20日竣工。管道全長1288km，管徑1220mm，最高設計壓力8.2MPa，最大流量33.96×104m3/d，年輸原油超過1億噸，管道共設有12個站，總投資約80億美元。通信方式以微波通信為主，衛星通信備用。阿拉斯加原油管道建設了SCADA數據採集和控制系統，軟體包括數據採集及控制軟體、報警顯示、水力模型、泄漏檢測、歷史報告、仿真培訓等系統。
